如何提高螺栓聯(lián)接的抗疲勞性能？
螺紋聯(lián)接件在未強(qiáng)化之前,其抗拉疲勞破壞的幾率為:65%的破壞發(fā)生在與螺母聯(lián)接的第一扣;20%的破壞發(fā)生在螺紋與光桿的轉(zhuǎn)變處,也就是發(fā)生在螺紋的收尾處;
15%的破壞發(fā)生在螺栓頭與螺桿過渡圓角處。必須說明,上述數(shù)據(jù)建立在整個聯(lián)接件金屬流線沒有破壞的條件下。
為改善抗拉疲勞壽命,可以在螺栓形狀和工藝上采取措施,目前有效的方法如下：
采用滾壓螺紋的工藝方法,由于冷作硬化的作用,表層有殘余壓應(yīng)力,可使螺栓內(nèi)部金屬纖維線走向合理且不被切斷,其疲勞強(qiáng)度可較車制螺紋高30%～40%。
若熱處理后再滾壓螺紋,使零件表面得到強(qiáng)化并獲得殘余壓力層,其材料表面疲勞極限可提高70%～100%。這種工藝還具有材料利用率高、生產(chǎn)率高和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
螺栓螺紋與光桿過渡區(qū)是重要的疲勞源之一,嚴(yán)格按收尾尺寸控制過渡區(qū)形狀是提高該區(qū)域疲勞壽命的重要措施。因此,在設(shè)計(jì)制造滾絲輪時,必須按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格修磨收尾處,且在滾絲時嚴(yán)格控制滾絲位置。
避免產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力
由于設(shè)計(jì)、制造和裝配不良的原因,會導(dǎo)致螺栓偏心載荷。偏心載荷會在螺栓中引起附加彎曲應(yīng)力,大大降低螺栓的疲勞強(qiáng)度,所以,從結(jié)構(gòu)和工藝上應(yīng)采取相應(yīng)的措施,以避免附加彎矩的產(chǎn)生。
(1)螺栓的沉孔角度要準(zhǔn)確,只允許0°～0. 5°的正偏差,不允許負(fù)偏差,如圖1所示。
(2)螺栓的支承面應(yīng)平整,并與螺栓孔軸線垂直。
(3)對工件上裝配六角頭一類的安裝孔,孔的倒角應(yīng)符合規(guī)定。
預(yù)緊力裝配
預(yù)緊力是螺紋聯(lián)接中最被關(guān)注的一個問題。理論和實(shí)踐證明,螺栓和被聯(lián)接件的剛度不變,只恰當(dāng)?shù)卦龃箢A(yù)緊力,對抗拉疲勞性能有明顯提高。這就是螺栓預(yù)緊應(yīng)力達(dá)( 0. 7～0. 8)σs 的一個原因。
為此,準(zhǔn)確控制預(yù)緊力并保持其不減退是很重要的。預(yù)緊應(yīng)力大小由定力扳手或預(yù)應(yīng)力指示墊圈控制。不同條件下對預(yù)應(yīng)力大小要求不同。對一些抗疲勞要求較高的位置，螺栓一般需要過屈服擰緊，確保螺栓連接獲得足夠的預(yù)緊力。
